宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么(xiān)女座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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